[发明专利]一种基于蜗壳结构的燃烧室头部

说明书

本发明公开了一种基于蜗壳结构的燃烧室头部，包括预燃级组件和主燃级组件。预燃级用于对副油路燃油进行雾化，燃油由直喷喷嘴喷入蜗壳旋流器中，在气动力的作用下产生预混作用，部分燃油跟随旋流空气直接进入燃烧室中，部分燃油在出口处翻越至文氏管的内壁面形成油膜，油膜在两级旋流器的作用下进一步雾化，两级旋流器共同作用产生中心回流区，起到稳燃的作用，提高了点熄火性能；主燃级燃油经直射喷嘴喷出，径向旋流器对燃油进行初步雾化，部分燃油随旋流空气直接进入主燃区，部分燃油打到主燃级文氏管上壁面上形成油膜，进而在两级旋流器的作用下进行进一步剪切雾化，实现大工况下贫油燃烧，降低污染物排放，提高燃烧效率。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机燃烧室领域，具体涉及一种燃烧室头部，其中预燃级燃油通过直喷喷嘴喷出，在蜗壳旋流器和径向旋流器的共同作用下雾化，主燃级燃油通过直喷喷嘴喷出，在两级旋流器作用下雾化，可提高燃油雾化质量及燃烧效率，并减少污染物排放。

背景技术

目前，中心分级燃烧室头部油气掺混器在燃气涡轮发动机燃烧室中具有广泛的应用，燃油经过副油路和主油路分别进入预燃级和主燃级，大部分燃油喷入主燃级，实现预混和部分预混燃烧，从而降低主燃区温度，进而降低氮氧化物排放；一小部分燃油通过预燃级喷嘴供入燃烧室。现有预燃级喷嘴普遍使用离心喷嘴，主燃级喷嘴多采用圆形直喷喷嘴，二者相互配合来实现燃油雾化，虽然也出现了预燃级使用蜗壳结构代替传统离心喷嘴的现有技术，然而现有预燃级离心喷嘴雾化质量一般，由其喷射形成的雾锥呈空心雾锥结构，影响了燃油雾化质量，继而影响了发动机的点熄火性能。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和不足，本发明旨在提供一种基于蜗壳结构的燃烧室头部，在预燃级使用直喷喷嘴和蜗壳旋流器来实现预燃级的部分预混的基础上，通过将主燃级使用两级旋流器一级文氏管壁面实现主燃级的部分预混，提高雾化性能和燃烧效率，提高点熄火性能，降低污染物排放。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种基于蜗壳结构的燃烧室头部，包括位于中心的预燃级组件和位于所述预燃级组件外围的主燃级组件，所述预燃级组件包括蜗壳旋流器、预燃级文氏管、预燃级套筒、预燃级第二级径向旋流器和多个预燃级直射喷嘴；所述主燃级组件包括主燃级两级旋流器、主燃级文氏管以及多个主燃级直射喷嘴，所述预燃级直射喷嘴与副油路连通，所述主燃级直射喷嘴与主油路连通，其特征在于：

所述预燃级蜗壳旋流器形成为预燃级第一级径向旋流器，包括蜗壳旋流外壳、气流挡筒和多个旋流叶片，其中，所述蜗壳旋流外壳包括前端壁、后端壁以及固定设置在所述前端壁和后端壁之间的涡旋侧壁，其中，

所述涡旋侧壁形成为所述蜗壳旋流器的旋流通道，所述旋流通道包括进气段和气流收缩段，所述涡旋侧壁的起始端形成为所述旋流通道的进气段，所述进气段为平直段，所述气流收缩段为阿基米德螺旋线；

所述预燃级直射喷嘴均布设置在所述前端壁上并伸入所述旋流通道内；

所述后端壁的中心处设有通孔，该通孔形成为所述蜗壳旋流器的旋流通道出口；

所述气流挡筒设置在所述蜗壳旋流外壳的中心并临近所述涡旋侧壁的末端，其底部固定在所述前端壁的内壁上，其顶部伸出所述后端壁中心处的通孔外；

所述多个旋流叶片均布设置在所述气流挡筒的外筒壁外，且相邻两所述旋流叶片之间形成的气流通道的进口正对旋流气体的来流方向设置；

所述预燃级文氏管固定设置在所述蜗壳旋流外壳的后端壁的外侧，并与所述后端壁中心处的通孔同心布置，且所述预燃级文氏管的内壁面为文氏管壁面，外壁面为圆柱面，所述预燃级文氏管的外壁面上同心套设一所述预燃级第二级径向旋流器，所述预燃级第二级径向旋流器的后端设置一所述预燃级套筒，所述预燃级套筒为一直径向出口方向逐渐增大的锥筒，其主体部分基本位于所述预燃级文氏管的出口外。